Учёные открыли универсальный фермент для производства РНК

Исследователи из Токийского научного института идентифицировали единственный фермент, способный генерировать все четыре нуклеозидтрифосфата — строительные блоки рибонуклеиновой кислоты (РНК). Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Используя полифосфат в качестве донора фосфата, фермент эффективно преобразует недорогие нуклеотидные предшественники в активные формы, необходимые для синтеза РНК. Этот метод кардинально упрощает процесс производства нуклеотидов, предлагая недорогой и эффективный вариант для синтеза РНК in vitro.

Роль нуклеозидтрифосфатов в клетках

Все живые системы зависят от специфических биомолекул, которые формируют базовые единицы жизни. Одним из ключевых классов таких молекул являются нуклеиновые кислоты, включая матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК), которая переносит и передаёт генетическую информацию внутри каждой клетки. мРНК синтезируется с использованием нуклеозидтрифосфатов (NTP), которые могут выступать в качестве строительных блоков РНК или использоваться для запуска других биохимических реакций.

Эффективное производство NTP остаётся давней проблемой, поскольку существующие методы полагаются на множество ферментов и несут высокие энергозатраты.

Открытие и значение нового фермента

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда исследователей из Токийского научного института под руководством аспиранта Рюсэя Мацумото и профессора Томоаки Мацууры нашла простое и экономически эффективное решение.

Ключевым открытием стал новый фермент, эффективно преобразующий обычные нуклеотидные субстраты (как нуклеозидмонофосфаты, так и дифосфаты) в NTP.

Мы сосредоточились на специфическом ферменте полифосфаткиназы 2, MAN, полученном из морской бактерии Mangrovibacterium marinum, — объясняет Мацуура. — Удивительно, но этот фермент мог преобразовывать все обычные нуклеотиды РНК с замечательной эффективностью.

Преимущества и потенциальное применение

Интересно, что вместо использования современных дорогих доноров фосфата этот фермент использует полифосфат, который дёшев и широко доступен. Это изменение значительно снижает стоимость производства NTP. Более того, фермент также демонстрирует широкую субстратную специфичность, что является присущим свойством древних ферментов.

Хотя такая широкая активность необычна для современных ферментов, она может отражать то, как примитивные биологические системы обходились всего несколькими ферментами, — комментирует Лиам Лонго.

Используя широкую субстратную активность MAN, исследователи разработали простую одностадийную реакцию для «одногоршкового» синтеза мРНК. В этом методе предшественники нуклеотидов сначала превращаются в NTP, которые затем немедленно используются для производства мРНК.

Эта техника устраняет необходимость в сложных многоступенчатых процессах, упрощая производство РНК. Помимо снижения затрат и простоты, метод также поддерживает принципы устойчивой химии. По сравнению с обычными энергодонорами полифосфаты стабильны, нетоксичны и легко производятся, что делает процесс экологически безопасным.

Будущие последствия для биотехнологии и медицины

В будущем это исследование может найти применение в различных областях биотехнологии и медицины, где требуется экономически эффективное производство NTP. Например, оно может улучшить производство РНК-вакцин или РНК-диагностики, а также поддержать разработку синтетических биологических систем.

В целом, исследование подчёркивает, как принципы, уходящие корнями в древнюю биологию, могут быть использованы для решения современных проблем, преодолевая основные ограничения в РНК-технологиях с помощью простого ферментативного решения.